Linux 内核软中断(softirq)执行分析

Linux 内核软中断(softirq)执行分析Author: sinisterEmail: sinister@Homepage:Date: 2007-01-11本文对 Linux 内核软中断的执行流程进行了分析，并尽可能的结合当前运行环境详细地写出我的理解，但这并不表明我的理解一定正确。

这本是论坛里的一篇帖子，发出来是为了抛砖引玉，如果您在阅读本文时发现了我的错误，还望得到您的指正。

今天无意中看了眼 2.6 内核的软中断实现，发现和以前我看到的大不相同（以前也是走马观花，不大仔细），可以说改动很大。

连 softirq 的调用点都不一样了，以前是三个调用点，今天搜索了一下源代码，发现在多出了ksoftirqd 后，softirq 在系统中的调用点仅是在 ISR 返回时和使用了local_bh_enable() 函数后被调用了。

网卡部分的显示调用，我觉得应该不算是系统中的调用点。

ksoftirqd 返回去调用 do_softirq() 函数应该也只能算是其中的一个分支，因为其本身从源头上来讲也还是在 ISR 返回时irq_exit() 调用的。

这样一来就和前些日子写的那份笔记（Windows/Linux /Solaris 软中断机制）里介绍的 Linux 内核部分的软中断有出处了，看来以后讨论 Linux kernel 代码一定要以内核版本为前题，要不非乱了不可。

得买本 Linux 方面的书了，每次上来直接看相关代码也不是回事，时间也不允许。

//// do_IRQ 函数执行完硬件 ISR 后退出时调用此函数。

//void irq_exit(void){account_system_vtime(current);trace_hardirq_exit();sub_preempt_count(IRQ_EXIT_OFFSET);//// 判断当前是否有硬件中断嵌套，并且是否有软中断在// pending 状态，注意：这里只有两个条件同时满足// 时，才有可能调用 do_softirq() 进入软中断。

也就是// 说确认当前所有硬件中断处理完成，且有硬件中断安装了// 软中断处理时理时才会进入。

if (!in_interrupt() && local_softirq_pending())//// 其实这里就是调用 do_softirq() 执行//invoke_softirq();preempt_enable_no_resched();}#ifndef __ARCH_HAS_DO_SOFTIRQasmlinkage void do_softirq(void){__u32 pending;unsigned long flags;//// 这个函数判断，如果当前有硬件中断嵌套，或者// 有软中断正在执行时候，则马上返回。

在这个// 入口判断主要是为了与 ksoftirqd 互斥。

//if (in_interrupt())return;//// 关中断执行以下代码//local_irq_save(flags);//// 判断是否有 pending 的软中断需要处理。

//pending = local_softirq_pending();//// 如果有则调用 __do_softirq() 进行实际处理//if (pending)__do_softirq();//// 开中断继续执行local_irq_restore(flags);}//// 最大软中断调用次数为 10 次。

//#define MAX_SOFTIRQ_RESTART 10asmlinkage void __do_softirq(void){//// 软件中断处理结构，此结构中包括了 ISR 中// 注册的回调函数。

//struct softirq_action *h;__u32 pending;int max_restart = MAX_SOFTIRQ_RESTART;int cpu;//// 得到当前所有 pending 的软中断。

//pending = local_softirq_pending();account_system_vtime(current);//// 执行到这里要屏蔽其他软中断，这里也就证明了 // 每个 CPU 上同时运行的软中断只能有一个。

//__local_bh_disable((unsignedlong)__builtin_return_address(0));trace_softirq_enter();//// 针对 SMP 得到当前正在处理的 CPU//cpu = smp_processor_id();//// 循环标志//restart:// 每次循环在允许硬件 ISR 强占前，首先重置软中断// 的标志位。

///* Reset the pending bitmask before enabling irqs */set_softirq_pending(0);//// 到这里才开中断运行，注意：以前运行状态一直是关中断// 运行，这时当前处理软中断才可能被硬件中断抢占。

也就// 是说在进入软中断时不是一开始就会被硬件中断抢占。

只有// 在这里以后的代码才可能被硬件中断抢占。

//local_irq_enable();//// 这里要注意，以下代码运行时可以被硬件中断抢占，但// 这个硬件 ISR 执行完成后，它的所注册的软中断无法马上运行，// 别忘了，现在虽是开硬件中断执行，但前面的__local_bh_disable()// 函数屏蔽了软中断。

所以这种环境下只能被硬件中断抢占，但这// 个硬中断注册的软中断回调函数无法运行。

要问为什么，那是因为 // __local_bh_disable() 函数设置了一个标志当作互斥量，而这个// 标志正是上面的 irq_exit() 和 do_softirq() 函数中的// in_interrupt() 函数判断的条件之一，也就是说 in_interrupt() // 函数不仅检测硬中断而且还判断了软中断。

所以在这个环境下触发 // 硬中断时注册的软中断，根本无法重新进入到这个函数中来，只能 // 是做一个标志，等待下面的重复循环（最大 MAX_SOFTIRQ_RESTART） // 才可能处理到这个时候触发的硬件中断所注册的软中断。

////// 得到软中断向量表。

//h = softirq_vec;//// 循环处理所有 softirq 软中断注册函数。

//do {//// 如果对应的软中断设置 pending 标志则表明// 需要进一步处理它所注册的函数。

//if (pending & 1) {//// 在这里执行了这个软中断所注册的回调函数。

//h->action(h);rcu_bh_qsctr_inc(cpu);}//// 继续找，直到把软中断向量表中所有 pending 的软// 中断处理完成。

//h++;//// 从代码里可以看出按位操作，表明一次循环只// 处理 32 个软中断的回调函数。

//pending >>= 1;} while (pending);//// 关中断执行以下代码。

注意：这里又关中断了，下面的// 代码执行过程中硬件中断无法抢占。

//local_irq_disable();//// 前面提到过，在刚才开硬件中断执行环境时只能被硬件中断// 抢占，在这个时候是无法处理软中断的，因为刚才开中// 断执行过程中可能多次被硬件中断抢占，每抢占一次就有可// 能注册一个软中断，所以要再重新取一次所有的软中断。

// 以便下面的代码进行处理后跳回到 restart 处重复执行。

//pending = local_softirq_pending();//// 如果在上面的开中断执行环境中触发了硬件中断，且每个都// 注册了一个软中断的话，这个软中断会设置 pending 位，// 但在当前一直屏蔽软中断的环境下无法得到执行，前面提// 到过，因为 irq_exit() 和 do_softirq() 根本无法进入到// 这个处理过程中来。

这个在上面详细的记录过了。

那么在// 这里又有了一个执行的机会。

注意：虽然当前环境一直是// 处于屏蔽软中断执行的环境中，但在这里又给出了一个执行// 刚才在开中断环境过程中触发硬件中断时所注册的软中断的// 机会，其实只要理解了软中断机制就会知道，无非是在一些特// 定环境下调用 ISR 注册到软中断向量表里的函数而已。

////// 如果刚才触发的硬件中断注册了软中断，并且重复执行次数// 没有到 10 次的话，那么则跳转到 restart 标志处重复以上// 所介绍的所有步骤：设置软中断标志位，重新开中断执行...// 注意：这里是要两个条件都满足的情况下才可能重复以上步骤。

//if (pending && --max_restart)goto restart;//// 如果以上步骤重复了 10 次后还有 pending 的软中断的话，// 那么系统在一定时间内可能达到了一个峰值，为了平衡这点。

// 系统专门建立了一个 ksoftirqd 线程来处理，这样避免在一// 定时间内负荷太大。

这个 ksoftirqd 线程本身是一个大循环，// 在某些条件下为了不负载过重，它是可以被其他进程抢占的，// 但注意，它是显示的调用了 preempt_xxx() 和 schedule()// 才会被抢占和切换的。

这么做的原因是因为在它一旦调用// local_softirq_pending() 函数检测到有 pending 的软中断// 需要处理的时候，则会显示的调用 do_softirq() 来处理软中// 断。

也就是说，下面代码唤醒的 ksoftirqd 线程有可能会回// 到这个函数当中来，尤其是在系统需要响应很多软中断的情况// 下，它的调用入口是 do_softirq()，这也就是为什么在do_softirq()// 的入口处也会用 in_interrupt() 函数来判断是否有软中断// 正在处理的原因了，目的还是为了防止重入。

ksoftirqd 实现// 看下面对 ksoftirqd() 函数的分析。

//if (pending)//// 此函数实际是调用 wake_up_process() 来唤醒 ksoftirqd //wakeup_softirqd();trace_softirq_exit();account_system_vtime(current);//// 到最后才开软中断执行环境，允许软中断执行。